Эволюция вала при изменении расхода воды

Если энергия, высвобождаемая в данном месте потока на 1 м³ воды, невелика, вал имеет очень пологую форму. Абсолютная высота вала при этом может быть очень большой, но тогда велика и его длина. Масштабом в данной задаче является глубина реки, и 3-метровый вал на Катуни имеет такую же удельную энергию, как 30-сантиметровый вал на Пехорке.

При увеличении удельной энергии вал становится более крутым и, при неизменной длине, более высоким. Вершина его становится все более острой. Наконец, при достижении некоторой критической величины вершина обрушивается навстречу потоку. Дальнейшая эволюция вала в этом направлении постепенно превращает его в бочку поверхностного типа. Однако для этого требуется значительная энергия, и простого торможения потока оказывается уже недостаточно. Для образования бочки необходима значительная неоднородность дна — крупный камень или ступенька.

Эволюция формы вала при изменении глубины потока.

Эволюция формы вала при изменении скорости потока.

Подобные изменения можно наблюдать при изменении расхода воды на одной и той же реке. На реках с уклоном порядка 10 м/км (такой уклон характерен, например, для саянских рек) при увеличении расхода обычно возрастает, в основном, глубина. При этом расход воды растет быстрее, чем высвобождаемая энергия, поскольку поток становится более однородным. Существующие бочки превращаются в валы, а крутые валы становятся более пологими — препятствия "смываются". (Правда, при этом часть надводных камней становятся обливными, так что количество бочек и сложных валов в среднем сохраняется. Заранее предсказать, сложнее или проще станет данная река при увеличении расхода, очень сложно; это зависит от конкретной реки.) При уклоне порядка 20 м/км и более (такие уклоны типичны для рек Памира и Тянь-Шаня) увеличение расхода выражается, в первую очередь, в увеличении скорости потока. Соответственно возрастают и неоднородности скорости, из которых и черпается необходимая энергия для образования валов. Эта энергия растет быстрее, чем расход воды, поэтому валы становятся круче, выше и превращаются в бочки. Река при этом практически всегда становится сложнее.

Пульсирующие валы

На реках с большим расходом или во время паводка возможно периодическое изменение формы валов. На протяжении нескольких секунд вал растет, становится более крутым, затем его верхушка опрокидывается, и процесс повторяется сначала. На очень мощных реках встречаются и пульсирующие бочки.

Такие структуры опасны, в основном, своей непредсказуемостью: очень сложно рассчитать заранее, в какую фазу попадешь. Кроме того, они возникают не сами по себе: они всегда связаны с мощной вертикальной турбулентностью, и даже гладкая на первый взгляд поверхность воды после "схлопывания" вала может таить в себе неприятные сюрпризы.

СТРУКТУРЫ С ПРОТИВОТОКОМ

Поверхностные бочки. Глубокие бочки. Прямые и косые бочки. Котлы.

Бочку можно рассматривать как предельный случай вала, при котором размер и энергия опрокидывающегося пенного гребня сопоставимы с размером и энергией основного потока. Бочки образуются тогда, когда вода со слива падает в стоячую воду и закручивает значительную циркуляцию в вертикальной плоскости. При этом в обратное течение подсасывается большое количество воздуха, и гребень бочки оказывается сильно вспененным.

Каяк, проходящий через такую структуру, сталкивается с водой, которая движется навстречу ему, то есть против основного потока. Во многих случаях давление этой воды на корпус каяка и грудь гребца способно остановить его, и необходимо интенсивно грести вперед, чтобы вырваться из этой ловушки. Большие бочки вполне способны удерживать каяк вместе с гребцом и вращать его во всех направлениях, да и маленькие тоже способны доставить немало острых моментов. Неуправляемое движение лодки в бочке происходит так же, как и на переднем склоне вала: лодка останавливается, разворачивается поперек течения и затем переворачивается навстречу основному потоку. Если вы не имеете достаточного опыта или не ищете себе лишних приключений, то лучше обойти это место стороной.

Поверхностные бочки

Типы бочек: а — поверхностная, б — глубокая, в — глубокая на всю глубину реки.

Бочки можно разделить на два основных типа: поверхностные и глубокие, в зависимости от того, где сосредоточена основная циркуляция. Поверхностные бочки могут быть очень мощными, но под турбулентной, пенящейся поверхностью скрывается мощный невозмущенный поток, называемый донной струей. Если вы перевернетесь в такой бочке, он быстро вынесет вас прочь. Пловец без лодки легко проходит такие бочки именно потому, что он глубоко сидит в воде и проходит под циркулирующей пеной. Такие бочки обычно бывают очень шумными и эффектными, но относительно безопасными. Они предоставляют каякерам большой простор для различных игр и забав.

Глубокие бочки

Глубокие бочки образуются там, где вода падает под большим углом в глубокий бассейн ниже слива. Это часто происходит на искусственных сооружениях, таких как плотины и дамбы, и на локальных водопадных сливах при малой скорости течения до и после слива. Последняя ситуация нередко имеет место, например, на относительно простых реках Карелии.

Для такой структуры характерна большая область обратного течения, направленного к сливу, и пузырьки, поднимающиеся на поверхность, как при кипении. Донная струя проходит в этом случае очень далеко от поверхности, и каякер имеет мало шансов воспользоваться ею. Пловец, попавший в мощную глубокую бочку, не способен удержаться на поверхности и вдохнуть воздуха, и он обречен вращаться в этой циркуляции, возможно, до конца своей жизни — а иногда и дольше.

Страховать гребца, проходящего глубокую бочку, обычно бывает очень трудно и опасно для самих страхующих. Единственный безопасный способ прохождения таких препятствий — по берегу.

Прямые и косые бочки

Как и валы, бочки могут быть прямыми и косыми. Прямая бочка строго перпендикулярна потоку, и каждая струя в ней циркулирует в одной вертикальной плоскости. Косая бочка расположена под острым углом к основному потоку, и в ней, помимо циркуляции, существует более или менее значительный боковой снос. Вода в этом случае движется по спирали вдоль оси бочки. Такая бочка возникает, например, после слива, расположенного под острым углом к оси потока. Характерными признаками косой бочки являются также: несоосность входной и выходной струи; неравномерная глубина на кромке слива; наличие улова, питающего боковой снос, возле одного из краев бочки.

Часто встречаются бочки более сложной формы, которая определяется сложной формой дна реки. Например, из-за постепенного разрушения средней части донного уступа широкая прямая бочка постепенно становится подковообразной: в средней части она прямая, а ближе к краям — косая.

Котлы

Если скорость течения невелика, а слив имеет подковообразную форму и обращен навстречу течению, то за ним образуется предельный случай бочки — пенный котел. Иногда котел бывает замаскирован в середине широкой неоднородной бочки. Вода падает в него с трех сторон, а с четвертой стороны — снизу по течению — его запирает глубокая бочка. Выходит вода из такого слива только в виде глубокой донной струи под бочкой. В отличие от обычных бочек, из которых каякер может выйти и вбок, единственный способ прохождения котла — напролом через бочку. Или в обход.

ВОДОПАДНЫЕ СЛИВЫ

Основные характеристики слива. Состояние дна слива. Структура сливов. Бочка и дно под сливом.